Principe de la technique de dilution au deutérium

Principe de la technique de dilution au deutérium 

Le principe de la méthode de dilution isotopique est d’injecter à un individu dont on veut connaître la composition en eau une quantité connue de traceur (Q). Une fois dans l’organisme, le traceur s’y dilue et se répartit uniformément, comme la molécule non marquée. Après une période d’équilibre, la concentration du traceur (C) permet de calculer le volume de diffusion du traceur (V), selon la formule suivante :

V = Q/C

L’eau deutérée (D2O) est fréquemment utilisée comme traceur : l’hydrogène de l’eau (H2O) est remplacé par du deutérium (2H ou D). La concentration naturelle de l’isotope 2H chez l’Homme est de 0,015%. L’eau deutérée a la même distribution dans le corps que l’eau, les échanges au sein de l’organisme sont les mêmes qu’avec de l’eau et il n’y a pas de sécrétion sélective de D2O (SCHLOERB et al. 1950). En revanche, l’échange d’eau au sein du tissu adipeux est négligeable (SCHLOERB et al. 1950). Il a été estimé que l’ensemble des isotopes naturels de l’hydrogène, à savoir le deutérium et le tritium, est de l’ordre de 0,5 à 2% du poids corporel (HEVESY & JACOBSEN 1940).

Le D2O est toxique chez la souris quand la concentration sanguine atteint 25% de la teneur en eau (SCHLOERB et al. 1950). L’injection intraveineuse de 100 mg in toto chez l’homme induit des concentrations sanguines en D2O de l’ordre de 0,2% de l’eau totale, bien en deçà de la toxicité démontrée chez la souris (SCHLOERB et al. 1950). Cet isotope est donc non toxique aux doses utilisées (PINSON 1952). Avec le développement des méthodes de dosage du deutérium à faibles concentrations dans les liquides biologiques (LUKASKI & JOHNSON 1985), cet isotope est aujourd’hui le plus utilisé dans les méthodes de dilution pour la détermination de la composition corporelle.

Dosage du deutérium par Spectrométrie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR, en français SITF) 

La spectroscopie infrarouge regroupe des méthodes d’identification et de dosages basées sur l’étude de l’absorption ou de la réflexion des radiations électromagnétiques (comprises entre 1 et 1000 µm) par un échantillon. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier est une de ces méthodes. Elle a l’avantage d’être plus rapide et moins coûteuse que les méthodes classiques de spectrométrie infrarouge. En soumettant un échantillon à un rayonnement infrarouge, on peut mesurer les fréquences absorbées ainsi que leurs intensités. La liaison entre l’oxygène et le deutérium est détectée pour une longueur d’onde comprise entre 2720 et 2735 cm-1 alors que la liaison entre l’oxygène et l’hydrogène ne réagit pas à ces mêmes longueurs d’onde (KHALED et al. 1995). Cette propriété permet de mesurer l’enrichissement de l’échantillon en D par rapport à une valeur standard de référence. La précision de cette technique pour l’estimation de l’eau corporelle totale est comprise entre 1 et 2% (JENNINGS et al. 1999, BACKUS et al. 2000). Cette précision permet d’administrer de faibles doses de D2O et de pouvoir la doser sur une faible quantité de sang. Elle est donc particulièrement intéressante chez l’animal.

La FITR a été validée chez le chien par FERRIER et al. (2002) pour la détermination de l’eau corporelle totale. Le calcul de la masse non grasse est réalisé en considérant que le taux d’hydratation de la masse non grasse chez le chien est de 74,4% (HARRISSON et al. 1936). Chez l’homme, l’équilibre des concentrations est obtenu 3 h après l’injection d’eau deutérée (HEVESY & JACOBSEN 1940), comme chez le chien (ZWEENS et al. 1980, LUKASKI & JOHNSON 1985, BURKHOLDER & THATCHER 1998, ELLIOTT 2001) La méthode de dilution isotopique au deutérium n’est pas facile à utiliser en dehors d’un contexte de recherche et représente un coût non négligeable d’utilisation et d’analyse. De plus, elle ne permet pas le suivi de l’équilibre hydrique d’un individu au cours du temps. Elle constitue cependant la méthode de référence de la détermination de la composition corporelle à ce jour, chez l’homme et l’animal. A partir de cette méthode de référence, deux techniques d’analyse corporelle ont été développées : l’absorptiométrie à rayons X et la bioimpédance.

Absorptiométrie biphotonique à rayons X (DXA) 

L’absorptiométrie biphotonique à rayons X est la technique d’imagerie médicale la plus employée chez l’animal de compagnie pour la mesure de la composition corporelle et sert maintenant également de méthode de référence (GERMAN et al. 2010, MICHEL et al. 2011). Elle a été validée chez le chien et le chat en comparaison à l’analyse chimique de cadavres (SPEAKMAN et al. 2001 ; RAFFAN et al. 2006). Schématiquement, le corps du patient est traversé par deux faisceaux de photons émis à deux niveaux énergétiques. Ces faisceaux sont atténués différemment suivant la nature des tissus traversés, ce qui permet de différencier la masse osseuse, la masse grasse et la masse maigre. Cette méthode présente l’avantage d’être peu irradiante et montre de bonnes performances en termes de répétabilité et de reproductibilité (MUNDAY et al. 1994, TOLL et al. 1994). Elle présente néanmoins l’inconvénient de demander un matériel très coûteux, non disponible dans la majorité des structures vétérinaires. De plus, cette technique impose une anesthésie générale de l’animal, celui-ci devant rester immobile entre 15 et 30 minutes.

Bioimpédance utilisée in vivo

La bioimpédancemétrie représente de façon intéressante une alternative aux techniques de dilution isotopique et de DXA. Elle est peu coûteuse, rapide, facile d’emploi pour le personnel médical et non invasive pour le patient. Le principe est de mesurer la résistance des tissus biologiques à un courant électrique sinusoïdal de haute fréquence, envoyé par l’intermédiaire d’électrodes placées sur le corps. L’utilisation de la bioimpédance électrique (BIA) sur des tissus ou des organismes vivants est étudiée depuis plus de 80 ans (COLE 1928, SCHWAN 1968, HOFFER et al. 1970, ACKMANN & SEITZ 1984), avec de nombreuses applications en médecine humaine pour la mesure de la composition corporelle, par exemple.

Modélisation de la composition corporelle

Traditionnellement, un organisme est artificiellement séparé en deux compartiments : le compartiment aqueux et le compartiment tissulaire. Le compartiment aqueux, composé d’eau et d’ions, est lui-même composé de deux espaces : l’espace extracellulaire (approximativement 45% du volume d’eau total) et l’espace intracellulaire (approximativement 55% du volume d’eau total). L’espace extracellulaire est composé du plasma et du liquide interstitiel dans lequel baignent les cellules. Le compartiment tissulaire regroupe la masse grasse et la masse nongrasse. La masse grasse constitue schématiquement la réserve énergétique de l’organisme alors que la masse non-grasse représente la fraction métaboliquement active de l’individu. La BIA permet de déterminer les volumes d’eaux intra- et extracellulaire. Elle est également une méthode indirecte et validée de la mesure de la masse maigre d’un organisme (et donc, par calcul, de la masse grasse), puisqu’il existe une régression linéaire entre l’impédance et une méthode de référence (le plus souvent par dilution isotopique). Ce lien arithmétique a permis le développement de formules prédictives de la composition corporelle chez l’humain sain, adulte (WANG et al. 1998, 1999), adolescent et enfant (HOUTKOUPER et al. 1989).

Principes de la bioimpédance 

Le principe de la BIA est d’appliquer un courant alternatif sinusoïdal à un individu aux moyens d’électrodes appliquées sur la peau (bornes) et de mesurer la résistance électrique du corps. Le passage du courant est non perceptible par le sujet. Si, initialement, la mesure de BIA se faisait à partir de deux électrodes, LUKASKI et al. (1986) ont validé l’utilisation de 4 électrodes (deux émettrices et deux réceptrices) (Figure 1).Cela a permis de limiter les erreurs de lecture de l’impédance observées quand seulement deux électrodes (émettrice et réceptrice) étaient utilisées (SCHWAN 1968). Elle limite également les effets de la température cutanée et de l’hydratation de la peau, chez des sujets au repos (CORNISH et al. 1998).

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Table des matières

I. Introduction
II. Revue bibliographique
1. Méthode de dilution au deutérium
a. Principe de la technique de dilution au deutérium
b. Dosage du deutérium par Spectrométrie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR, en français SITF)
2. Absorptiométrie biphotonique à rayons X (DXA)
3. Bioimpédance utilisée in vivo
a. Modélisation de la composition corporelle
b. Principes de la bioimpédance
c. Bioimpédances monofréquence (SF-BIA) et multifréquence (MF-BIA)
d. Facteurs de variation des mesures de bioimpédance
e. Quelques utilisations de la bioimpédancemétrie en médecine humaine
f. Utilisations de la bioimpédancemétrie en médecine vétérinaire
4. Utilisation de la bioimpédance chez le chien
a. Le chien : un contexte particulier
b. Les disparités morphologiques interraciales
c. Le sexe
d. L’âge
5. Conclusion
III. Validation d’équations prédictives de la composition corporelle du chien Beagle sain par bioimpédancemétrie monofréquence à 50 kHz (article 1)
1. Contexte de la recherche
2. Etablissement du protocole
3. Article : mise en ligne prévue en juin 2015
IV. Application des équations prédictives obtenues en BIA monofréquence à 50 kHz et validées chez le chien Beagle, à d’autres races de chien (article 2)
1. Contexte de la recherche
2. Article soumis à la publication le 13 janvier 2015 (BMC Research Notes)
V. Conclusion générale
Bibliographie

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